JPH04328447A - シート状物の内部結合強度測定方法及びその測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紙、板紙、積層シート
等のシート状物を対象として、その紙層若しくは層間の
結合強度を測定する方法及びその測定装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、紙を構成する絡み合ったパルプ繊
維の層や積層材料の接着面等における内部結合の強さを
試験する装置としては、「ＴＡＰＰＩ標準法ＵＭ４０３
」に示されるようなスコット内部結合強度試験器、およ
び「ＴＡＰＰＩ標準法ＵＭ５８４および５４１」に示さ
れるような引っ張り試験機を利用した試験器がある。 前者の試験器は、表裏両面に両面接着テープを接着させ
た試験紙片の裏面をホルダーに接着固定し、一方、表面
には直角に曲がった金属治具を接着させておき、この状
態で治具に対し、引剥がし開始点から９０度の角度のと
ころで錘りを衝突させ、引剥がし破壊に必要なエネルギ
ーを計るものである。また、後者は、表裏両面に両面接
着テープを接着させた試験紙片の表裏面夫々に上昇治具
と下降治具を取付けて、上下方向の引剥がし破壊を行い
、その必要エネルギーを計るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の試験器には夫々問題がある。先ず、前者のスコット内
部結合強度試験器の層間破壊様式は、ずり破壊と引張り
破壊とが複合した極めて複雑なものであり試験結果の科
学的解釈が極めて難しい。また引張り試験器を利用した
後者の試験方法では、亀裂開始点や層間破壊部分が一定
にならないことが指摘されている。更に上述の試験方法
では試料の両面に試験用治具を装着する際、面圧をもっ
て粘着テープ、紙試料および治具を接着する。この接着
方法によると、面圧により試料と粘着テープの面内のポ
アソン歪が生じ、結果として接着が不均一になることが
知られている。このため試験時の層間破壊が不均一にな
り、試験結果の信頼性が失われる。

【０００４】この発明は、従来の層間接着強度試験器お
よび内部結合強度試験器の上述した欠点を改良する目的
でなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るシート状物
の内部強度測定方法は、シート状物の試料を少なくとも
一方が回転する一対のロール間に供給し、上記試料の表
裏面夫々を接着剤によって両ロールの夫々の表面に接着
させ、且つ両ロールの回転に伴って上記試料を表裏２層
に分離すると共に、回転ロールの軸に発生するトルクを
連続的に測定し、その時間的平均値から、測定するもの
であり、この場合、一対のロールが加圧ロールと回転ロ
ールとからなることが望ましく、また、回転ロールの軸
に発生するトルクに基いて、既述の計算式（Ｉ）で、計
算することが望ましい。

【０００６】更に、本発明に係る測定装置は、基台に立
設した２本の支柱の間に回転自在に架設された第１のロ
ール軸と、この第１のロール軸に固定されて試料の両面
接着層のうちの片面に接着される第１のロールと、前記
支柱と同一又は異なる２本の支柱間に、前記第１のロー
ル軸に平行に架設された第２のロール軸と、この第２の
ロール軸に固定されて試料の他の接着層に接着される第
２のロールと、第１のロールと第２のロールとを一定の
線圧で押付ける押圧装置と、少なくとも一方のロール軸
に一定速度の回転を与える駆動用モータと、前記駆動さ
れるロール軸に同軸で取付けられたトルクセンサーと、
前記トルクセンサから発信される測定対象の試料剥離時
の信号と基準時の信号とを比較演算するコンピュータと
を具備することを特徴とする。

【０００７】なお、本発明において、基準時とは、試料
剥離と対比するために、ロール間に試料を供給せず、若
しくは予め特定された基準となるサンプルを供給した時
をいう。

【０００８】

【作用】本発明においては、対向する２つのロールの間
に表裏両面に接着剤層を有するシート状物試料を挟み、
ロール間で試料に一定の圧力を加えながら、ロールを回
転させると、試料の表裏面は２つのロールの表面に強く
接着し、この接着力に負ける形で試料が層間剥離を起こ
すので、この時の回転ロール軸に発生するトルクを連続
的に測定し、その時間的平均値から内部結合強度を求め
る。本発明では、試料に加えられる圧力が、従来法のよ
うな平面ではなく円筒どうしの線接触の圧力で加えられ
ることによりポアソン歪の影響が避けられ、試料にテー
プが均一に接着でき、且つ層間剥離の際の亀裂開始部も
加圧により線接触部で起こることになり、結果として、
層間剥離が一定厚みの層で進行し易く、また変動の少な
いデータが得られる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明を図面に示す実施例に従って
説明する。

【００１０】図１は、本発明の概念を示す図面であり、
測定対象のシート状物から長方形に切出された試料（１
）の表裏を、対向して回転する加圧ロール（２）と回転
ロール（３）の各々の表面に接着させながら回転させる
と、シート状物（１）の紙層中で剥離が生じる一方で、
この層間剥離に際して回転ロール軸（４）にトルクの変
化が生じるので、このトルクの変化をトルクセンサー（
５）で検出することを基本とする。この場合、接着の方
法は、シート状物（１）の層間剥離強度よりも接着強度
が大きい両面接着テープを、シート状物（１）の表裏面
に貼るか、或いはシート状物（１）の表裏面若しくはロ
ール（２）（３）の表面に圧力、熱、溶媒等を媒介とす
る接着剤を施す。接着面の大きさは、試料の表裏全面と
することが望ましいが、試料両面の一部若しくは給紙側
始端のみとしても差し支えない。また、加圧ロール（２
）と回転ロール（３）とは、完全に機能分離する必要は
なく、一方のロールに加圧と回転の両機能を実行させて
もよいし、両方のロール夫々に両機能を実行させてもよ
い。

【００１１】図２は、本発明の実施例に係わる説明図で
あり、この図において、基台（１０）に２本の支柱（１
１）（１２）が立設され、これらの支柱の各々に圧力調
整可能な押圧装置（１３）（１４）が設けられ、更にこ
れら押圧装置の先端に加圧ロール（２）の軸受け（１５
）（１６）が取付けられており、加圧ロール軸（６）を
回転自在に支持している。一方、支柱（１１）（１２）
には、前記の加圧ロール（２）と平行且つ近接する回転
ロール（３）の回転ロール軸（４）が支持されている。 また、回転ロール軸（４）には、トルクセンサ（５）が
取付けられ、更に電磁クラッチ（１８）を介して、駆動
用モータ（１９）に連結されている。

【００１２】次に、上記の装置の動作を説明する。先ず
、駆動用モータ（１９）と電磁クラッチ（１８）は、図
示されないコンピュータによって起動・停止並びに回転
速度を制御される。駆動用モータ（１９）はコンピュー
タから起動命令を受けると、予め設定した回転速度で回
転を開始し、回転速度が安定し十分な慣性力を持つに至
った時点で、電磁クラッチ（１８）が入力され回転ロー
ル軸（４）に回転を伝達する。一方、加圧ロール軸（６
）には、押圧装置（１３）（１４）による所定の圧力が
掛けられている。

【００１３】このような状態で、回転ロール（３）と加
圧ロール（２）との間に、表裏面に接着剤層を設けたシ
ート状物の試料（１）が供給されると、押圧装置（１３
）（１４）の圧力のために、試料（１）の表裏面は接着
剤層によって両ロール（３）（４）の表面に強く接着さ
れながらロール間を通過しようとするが、強い接着力の
ために試料（１）が表裏に剥離されることになる。この
剥離に伴って回転ロール（３）の回転ロール軸（４）に
発生するトルクは、トルクセンサ（５）により検出され
る。

【００１４】従って、予め設定された試料長さを剥離し
た時点で電磁クラッチ（１８）が回転の伝達を断つと、
回転ロール（３）の回転時にロール軸（４）に発生する
捩じりモーメントは、基本的には駆動用モータ（１９）
による回転力と回転ローラ（３）の慣性力と試料（１）
の層間剥離応力と回転ロール（３）および加圧ロール（
２）の軸摩擦力の和であると考えられ、予め試料がない
状態若しくは特定された基準となるサンプルでトルクを
測定しておくことにより、下記計算式（ＩＩ）により試
料の層間剥離に要したトルク（モーメント）Ｔを計算す
ることができる。

【００１５】

【数２】

【００１６】［但し、Ｌは試料の長さ（ｍ）ＴはＬにわ
たり層間剥離に要した平均トルク値（Ｎｍ）ｌは試験開
始点から剥離点までの距離　　０＜ｌ＜Ｌ（ｍ）Ｔ（ｌ
）は距離ｌにおける試料剥離により発生したトルク値（
Ｎｍ）Ｔ，（ｌ）は距離ｌにおける試料がない時のトル
ク値（Ｎｍ）］

【００１７】更に、Ｔをロール径ｒ（ｍ）と試料の幅ｗ
（ｍ）で計算式（ＩＩＩ　）のように補正すれば、層間
剥離強度すなわち内部結合強度Ｆ（Ｎ／ｍ）を算出する
ことができる。これは試料単位面積当りの層間剥離エネ
ルギー（Ｊ／ｍ２　）と等価である。

【００１８】

【数３】

【００１９】尚、計算式（ＩＩＩ　）に計算式（ＩＩ）
を代入すれば、下記計算式（ＩＶ）を得ることができる
。

【００２０】

【数４】

【００２１】次に、本発明に係る装置を用いて、試料た
る紙シートの内部結合強度を測定した例を参考例として
示す。

【００２２】

【参考例】フリーネス４００ｍｌのＬＢＫＰにポリアク
リルアミドを主体とする合成紙力増強剤をパルプの重量
当り０から３００ｐｐｍまで添加した一定の配向性を有
する手抄シートを作成し、試料とした。これらのシート
について図２の実施例に基づく試験器及び従来法である
スコットインターナルボンドテスターを用いて内部結合
強度を比較した。本発明の試験器による測定では、剥離
速度を低速（静的）破壊に相当する０．１ｍ／ｓと衝撃
破壊に相当する２．５ｍ／ｓとの２種類で行った。

【００２３】図３に、上記の結果を横軸に紙力増強剤添
加量をとり、縦軸に両機種による測定値を夫々のブラン
クの測定値からの内部結合強度増加率に換算した値をと
りプロットして示した。従来法であるインターナルボン
ドテスターの測定値は概ね紙力増強剤の増加に伴い増加
する傾向は示しているが測定値のバラツキ変動が大きい
。これに対して、本発明の試験器による測定値は、低速
、衝撃どちらの剥離速度でも測定値のバラツキ変動が少
なく、しかもそれぞれ紙力増強剤の添加量に対する増加
傾向の違いが明瞭に表れている。即ち、本発明による試
験器によれば、検討すべき現象にあわせて、剥離速度、
加圧圧力、剥離材料等の測定モードを選定することが可
能であり、しかも測定値のバラツキ変動が少ないので信
頼性のある結果を得ることが可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、測定毎の剥離結果が比
較的均一になり、また剥離速度も任意なので、対象試料
の内部結合強度を印刷などの現実の使われ方に即して正
確且つ容易に測定することができる。更に、本発明では
回転ロールを駆動するモータはコンピュータにより制御
されており、回転速度を予め設定することにより、静的
破壊から衝撃破壊まで破壊様式を容易に変更することが
できる。これらの特長により、この発明によれば、従来
不可能であった、再現性があり且つ物理的解釈が明瞭な
測定結果の取得が極めて容易に可能になった。

【００２５】本発明は、紙のパルプ繊維の絡み合いによ
る強度を測定するほか、合成樹脂、金属箔等の材料間の
接着強度を測定する場合に有効に活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を示す説明図である。

【図２】本発明に係る装置の実施例を示す説明図である
。

【図３】本発明に係る方法と従来の方法とを比較したグ
ラフである。

【符号の説明】

１　　試料 ２　　加圧ロール ３　　回転ロール ４　　回転ロール軸 ５　　トルクセンサ １３，１４　　押圧装置 １９　　駆動用モータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シート状物の試料を少なくとも一方が回転
   する一対のロール間に供給し、上記試料の表裏面夫々を
   接着剤によって両ロールの夫々の表面に接着させ、且つ
   両ロールの回転に伴って上記試料を表裏２層に分離する
   と共に、回転ロールの軸に発生するトルクを連続的に測
   定し、その時間的平均値からシート状物の内部結合強度
   を測定する方法。
2. 【請求項２】一対のロールが加圧ロールと回転ロールと
   からなることを特徴とする請求項１記載の測定方法。
3. 【請求項３】回転ロールの軸に発生するトルクに基いて
   、次の計算式（Ｉ）によって内部結合強度を測定するこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定方
   法。 【数１】 ［但し、Ｌは試料の長さ（ｍ）ＴはＬにわたり層間剥離
   に要した平均トルク値（Ｎｍ）ｌは試験開始点から剥離
   点までの距離　　０＜ｌ＜Ｌ（ｍ）Ｔ（ｌ）は距離ｌに
   おける試料剥離により発生したトルク値（ＮｍＴ，（ｌ
   ）は距離ｌにおける基準時のトルク値（Ｎｍ）］【請求
   項４】基台に立設した２本の支柱間に回転自在に架設さ
   れた第１のロール軸と、この第１のロール軸に固定され
   てシート状物の試料の両面接着層のうちの片面に接着さ
   れる第１のロールと、前記支柱と同一又は異なる２本の
   支柱間に、前記第１のロール軸に平行に架設された第２
   のロール軸と、この第２のロール軸に固定されて試料の
   他の接着層に接着される第２のロールと、第１のロール
   と第２のロールとを一定の線圧で押付ける押圧装置と、
   少なくとも一方のロール軸に一定速度の回転を与える駆
   動用モータと、前記駆動されるロール軸に同軸で取付け
   られたトルクセンサーと、前記トルクセンサから発信さ
   れる試料剥離時の信号と基準時の信号とを比較演算する
   コンピュータとを具備することを特徴とするシート状物
   の内部結合強度試験器。